SAMCEF专业的转子动力学分析软件

2013-06-04 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

SAMCEF For Rotor是一套致力于旋转结构动力学的解决方案,它基于有限元方法,对含有转子、定子和动静连接装置的力学结构,能计算其临界转速、稳定性、谐振和瞬时响应。
SAMTECH 来源:SAMTECH
关键字:CAE SAMTECH 转子动力学
SAMCEF For Rotor:基于有限元方法,致力于旋转机械分析的专业解决方案。它基于有限元方法,对含有转子、定子和动静连接装置的力学结构,能计算其临界转速、稳定性、谐振和瞬时响应。

1 CAE环境
SAMCEF For Rotor由 SAMCEF Field驱动,拥有有好图形界面接口,用于包含转子的结构建模、分析和后处理。上下文驱动的下拉菜单和包含众多预定义功能键的工具箱方便了数据输入,可定义时域频域特性、旋转速度和各种边界条件。CAD建模器集成了建模和数据处理,因此数据可直接赋予几何元素,通过一些内置程序可方便实现定子和转子的耦合,后处理的图形结果可通过很多形式实现,如 X-Y坐标图、云图和动画。
2 转子系统建模
SAMCEF For Rotor可处理不同转速,转轴方向任意的转子,定子部分完全利用SAMCEF的标准有限元单元库。转子和定子均可使用超单元技术。
2.1 转子
有几种有限元模型可描述转子,其单元都具有以下能力:
计入陀螺力矩的影响,转速是时间或喘振频率的函数,旋转方向任意,模型可由多个具有不同转速的转子组成。
转子单元可具备正比于质量和刚度矩阵的粘性阻尼或正比于刚度矩阵的迟滞阻尼,当单元旋转时,粘性阻尼诱导的向心力正比于转速,其动力学行为通过固定坐标系表述。可施加初始应力。可施加于整体加速度相关的力(重力,操纵力)。材料特性可定义成温度的函数。
(1)梁质量弹簧模型
梁单元用于带刚性盘的轴;弹簧单元在两个节点之间引入局部刚度矩阵,因此可用于轴类的耦合,其截面可沿轴线方向变化。
(2)轴对称模型
柔性转子由二维轴对称壳单元或位移场由Fourier级数表示的体单元组成,这时不再区分轴和盘,一种特殊的单元用于连接二维轴对称模型和三维模型,当分析复合转子时,这类单元可能是一层也可能是多层。
(3)三维模型
转子也可使用三维壳单元或体单元,此时的转子可有复杂的形状,三维模型可同时包含梁单元。

2.2 定子
由单元类型齐全的单元库组成的单层或多层单元(梁、膜、壳、体)可建立所有类型的定子模型,这些单元计入粘性阻尼和迟滞阻尼的影响。

2.3 连接装置
各种特性的线性轴承、动压轴承、压膜阻尼器、轴瓦、摩擦片、齿轮、控制单元(传感器和激励器)
2.4 应用单元
特殊类单元如加强筋、阻尼器、非线性力元、线性约束元、位移指示元、间隙消耗和控制元,或用户定义的能表达某种力学特征的单元。自由度之间可定义线性约束或刚体运动。
2.5 载荷
外力,如不平衡力这样的同步载荷,或重力或平移旋转操纵力这样的异步载荷,重力,总体或局部施加加速度,径向不平衡力或力矩,局部强迫位移或旋转。

3 分析
3.1 线性静力学分析(SAMCEF Asef)
在一般热 -力载荷条件下,转子系统可进行线性静力学分析,在 SAMCEF For Rotor中,基本的线性静力学分析主要为后续的SAMCEF Dynam或SAMCEF For Rotor确定初始条件。
3.2 模态分析和创建超单元(SAMCEF Dynam)
对于尺寸较大的模型,定子和转子可用超单元表示,超单元由模态综合生成,可减少刚度矩阵、质量矩阵、陀螺力矩阵、阻尼力矩阵和向心力矩阵的规模。
3.3 计算临界转速(SAMCEF For Rotor)
有几种方法可解决弯曲、拉压扭转或其相互耦合,扫描法可定义旋转频率的范围,采用复特征值极端。直接法通过特征值法获得临界转速,它被用于恒刚度无阻尼的陀螺系统。
3.4 频响分析(SAMCEF For Rotor)
几种方法可计算不平衡力或异步载荷的谐振响应。模态法是将力和矩阵用模态坐标表示;直接法通过谐波平衡法计入局部非线性(间隙、非线性加强筋、压膜阻尼器、用户单元、摩擦片)的影响。

3.5 瞬态响应分析(SAMCEF For Rotor)
瞬态响应分析可模拟转子启动(或停转)和叶片损失,它使用 Newmark积分法,诸如间隙、压膜、动压轴承和摩擦片之类的非线性行为可通过牛顿迭代求解,具有自动时间步功能,若需要,也可进行初始静态计算。

3.6 敏度和统计学分析(SAMCEF For Rotor)
频域分析(临界速度和谐振响应分析)时,可进行不同设计参数的灵敏度分析,特别地,轴承元的动力学特征(刚度、阻尼)可视为设计参数,当给定设计参数的标准方差时,敏度分析可评价整个设计方案的标准方差。

4 后仿真处理
4.1 特征值:
阻尼系数和频率是转速的函数,阻尼系数和频率是设计变量的函数,Campbell图统计分析后的置信度范围。

4.2 曲线:
激振力响应分析后获得位移、力、反力和应力关于时间或频率的函数,瞬态响应后的轨迹,谐振响应统计学分析后的置信度范围。
4.3 某时刻或某频率的图形:
设定某相位角,可组合复模态并将其叠加在初始结构上,获得位移、旋转和能量情况。设定某频率,频率分析后可获得复位移、旋转、力、动量和应力情况。设定某时刻,时域分析后可获得实位移、旋转、力、动量和应力情况,时域频域分析后可获得动画结果。

关于SAMTECH
SAMTECH 公司(www.samcef.com)是世界上著名的有限元软件SAMCEF 的开发商和供应服务商,是欧洲CAE 领域的领导者。SAMCEF 公司的前身是比利时列日大学(Universityof Liege)的宇航实验室,该实验室自从1965 年就从事开发商业化的有限元分析软件SAMCEF。SAMCEF 软件的开发者与1986 年脱离列日大学而创建了SAMTECH 公司。目前SAMTECH 公司在比利时、法国、德国和意大利设有9 个分支结构,在英国、俄罗斯、加拿大、印度、日本、中国和韩国等十多个多家有代理商的销售和技术服务。2004年SAMTECH 公司在全球有190 位员工(80%是软件开发和技术支持工程师)。SAMTECH与航空和航天工业(SNECMA, EADS, AIRBUS, …),以及防卫、汽车、能源和造船等工业都有密切的合作。SAMTECH 是获得ISO 9001:2000 认证的软件公司。
SAMTECH 的核心产品是专注于机械系统虚拟仿真、结构有限元分析和多学科优化的软件工作(Samcef, BOSS Quattro, EUROPLEXUS, TEA)。这些核心软件产品适合于从设计研发阶段到高级验证性分析的各个工业领域的需求。

开放分享：优质有限元技术文章,助你自学成才